ITBO20090213A1 - Sistema di misura per misurare la temperatura di un disco di una frizione - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

“SISTEMA DI MISURA PER MISURARE LA TEMPERATURA DI UN DISCO DI UNA FRIZIONEâ€

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione à ̈ relativa ad un sistema di misura per misurare la temperatura di un disco di una frizione.

ARTE ANTERIORE

E’ noto che la temperatura dei dischi (cioà ̈ delle parti in attrito) di una frizione influisce in modo notevole sulle sue prestazioni e sulla vita della frizione stessa. In particolare al variare della temperatura dei dischi varia sia la massima coppia trasmissibile nella fase di slittamento, sia la funzione di trasmissibilità (cioà ̈ la legge che lega la coppia trasmessa per attrito dalla frizione al grado di apertura/chiusura della frizione, ovvero alla pressione esercitata sullo spingidisco/sugli spingidischi); inoltre, anche la vita dei dischi e dell’intera frizione dipende notevolmente dalla temperatura che viene raggiunta in uso dai dischi stessi.

E’ importante osservare che l’influenza della temperatura dei dischi può essere reversibile, ossia le prestazioni si modificano al variare della temperatura ma ritornano, dopo riscaldamento e raffreddamento, ai valori caratteristici iniziali, oppure irreversibile, ossia alcune prestazioni rimangono definitivamente modificate anche dopo un completo raffreddamento della frizione.

L’influenza della temperatura dei dischi non à ̈ sempre caratterizzabile in modo deterministico in funzione della coppia trasmessa dalla frizione, della velocità di slittamento e del lavoro dissipato nelle superfici di attrito, ossia attraverso prove sistematiche su componenti simili. Perciò nella progettazione di un veicolo o di un qualsiasi sistema che utilizzi una frizione, si accetta di sottoutilizzare le capacità potenziali dei materiali di attrito della frizione con conseguente maggiore peso e costo della frizione a parità di prestazioni globali.

La conoscenza precisa ed in tempo reale della temperatura dei dischi della frizione consentirebbe di sfruttare molto maggiormente le caratteristiche dei materiali attualmente utilizzati, nonché di utilizzare anche nuovi materiali di maggiori prestazioni ma di ancor maggiore sensibilità alla temperatura (ad esempio i materiali ceramici, attualmente ristretti nell’uso industriale e sui veicoli ad applicazioni molto particolari e costose anche per le limitazioni dovute alla loro caratteristica di rottura “di schianto†ossia senza sintomi premonitori apparenti).

La domanda di brevetto WO0225133A1 descrive un metodo per stimare la temperatura dei dischi di una frizione senza utilizzare una misura diretta mediante un sensore di temperatura, ma utilizzando un modello della frizione che tiene conto dell'energia che viene dissipata all'interno della frizione stessa. Tuttavia, tale metodo di stima risulta abbastanza impreciso in quanto agli errori intrinseci del modello si aggiungono gli errori abbastanza rilevanti nella stima della coppia trasmessa attraverso la frizione e gli errori dovuti alla dispersione delle caratteristiche dei componenti.

La domanda di brevetto WO2008022754A1 descrive un sensore di temperatura per misurare direttamente la temperatura di un disco di una frizione; il sensore di temperatura comprende un termoelemento (ad esempio una termoresistenza) che à ̈ annegato all’interno di un disco della frizione ed à ̈ accoppiato con un circuito elettrico risonante esterno. Tuttavia, la realizzazione di tale sensore di temperatura à ̈ particolarmente complessa a causa della difficoltà di leggere con una precisione adeguata la resistenza della termoresistenza mediante misure effettuate sul circuito elettrico risonante esterno.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione à ̈ di fornire un sistema di misura per misurare la temperatura di un disco di una frizione, il quale sistema di misura sia privo degli inconvenienti sopra descritti e sia nel contempo di facile ed economica realizzazione.

Secondo la presente invenzione viene fornito un sistema di misura per misurare la temperatura di un disco di una frizione secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

• la figura 1 à ̈ una vista schematica e con parti asportate per chiarezza di una frizione per autotrazione provvista di un sistema di misura realizzato in accordo con la presente invenzione; e

• la figura 2 à ̈ una vista schematica e con parti asportate per chiarezza di un parastrappi della frizione della figura 1 supportante un generatore elettrico del sistema di misura;

• la figura 3 à ̈ una vista schematica e con parti asportate per chiarezza del parastrappi della figura 2 supportante una diversa forma di attuazione del generatore elettrico del sistema di misura; e

• la figura 4 à ̈ una vista schematica e con parti asportate per chiarezza della frizione della figura 1 provvista di una ulteriore forma di attuazione del generatore elettrico del sistema di misura.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE

Nella figura 1, con il numero 1 Ã ̈ indicata nel suo complesso una frizione per autotrazione.

La frizione 1 comprende un albero 2 di ingresso che riceve il moto da un motore ed à ̈ montato girevole attorno ad un asse 3 di rotazione longitudinale, ed un albero 4 di uscita che trasmette il moto a delle ruote motrici ed à ̈ montato, coassialmente all’albero 2 di ingresso, girevole attorno all’asse 3 di rotazione longitudinale. L’albero 2 di ingresso à ̈ angolarmente solidale ad un disco 5 mentre l’albero 4 di uscita à ̈ angolarmente solidale ad un disco 6 che à ̈ parallelo ed affacciato al disco 5 ed à ̈ ricoperto superficialmente da materiale di attrito.

Un disco 5 o 6 à ̈ montato in posizione assiale fissa mentre l’altro disco 6 o 5 à ̈ montato in posizione assialmente mobile (cioà ̈ à ̈ mobile parallelamente all’asse 3 di rotazione) sotto la spinta di un dispositivo di attuazione (di tipo noto e non illustrato); quando i due dischi 5 e 6 sono tra loro separati allora l’albero 2 di ingresso à ̈ meccanicamente separato dall’albero 4 di uscita e quindi non vi à ̈ alcuna trasmissione di coppia tra i due alberi 2 e 4, invece quando i due dischi 5 e 6 vengono premuti uno contro l’altro allora l’albero 2 di ingresso à ̈ meccanicamente collegato all’albero 4 di uscita e quindi vi à ̈ una trasmissione di coppia tra i due alberi 2 e 4 (il valore della coppia trasmessa attraverso i dischi 5 e 6 dipende dalla forza con cui i dischi 5 e 6 vengono premuti uno contro l’altro).

Il disco 5 à ̈ rigidamente collegato all’albero 2 di ingresso mediante l’interposizione di un elemento 7 di supporto rigido. Invece, il disco 6 à ̈ collegato con una certa elasticità torsionale all’albero 4 di uscita mediante l’interposizione di un parastrappi 8 (o giunto elastico di torsione); in altre parole, il parastrappi 8 à ̈ integrato assieme al disco 6. Secondo quanto meglio illustrato nella figura 2, il parastrappi 8 à ̈ provvisto di un elemento 9 di trasmissione solidale al disco 6 e di un elemento 10 di trasmissione solidale all’albero 4 di uscita; i due elementi 9 e 10 di trasmissione possono ruotare uno rispetto all’altro attorno all’asse 3 di rotazione per una certa estensione angolare ed à ̈ previsto un numero di corpi 11 elastici colleganti i due elementi 9 e 10 di trasmissione in modo tale che la rotazione relativa tra i due elementi 9 e 10 di trasmissione determini una compressione/estensione dei corpi 11 elastici stessi. Nella forma di attuazione illustrata nella figura 2, i quattro corpi 11 elastici sono costituiti da molle elicoidali.

La frizione 1 comprende una campana 12 di contenimento all’interno della quale sono disposti i due dischi 5 e 6; quando la frizione 1 à ̈ a secco la campana 12 di contenimento presenta tipicamente delle aperture per il passaggio di aria di raffreddamento, mentre quando la frizione 1 à ̈ in bagno d’olio la campana 12 di contenimento à ̈ a tenuta stagna per evitare fuoriuscite di olio.

Infine, la frizione 1 comprende un sistema 13 di misura per misurare la temperatura del disco 6. Il sistema 13 di misura comprende un sensore 14 di temperatura, il quale à ̈ angolarmente solidale al disco 6 ed à ̈ atto a rilevare la temperatura del disco 6 stesso. Secondo una possibile forma di attuazione, il sensore 14 di temperatura comprende un elemento 15 sensibile alle variazioni di temperatura (ad esempio una termoresistenza, un termistore oppure una termocoppia) ed un lettore 16, il quale à ̈ elettricamente collegato all’elemento 15 sensibile ed à ̈ atto a fornire in uscita la misura della temperatura. Tipicamente, l’elemento 15 sensibile à ̈ direttamente annegato nel disco 6, mentre il lettore 16 à ̈ portato dal parastrappi 8 ed à ̈ collegato all’elemento 15 sensibile mediante un cablaggio 17 elettrico; in questo modo, il lettore 16 non à ̈ direttamente sottoposto alle alte temperature che si possono generare sul disco 6.

Il sistema 13 di misura comprende una unità 18 di comunicazione senza fili preferibilmente operante una trasmissione di dati in radiofrequenza. L’unità 18 di comunicazione comprende un trasmettitore 19 che à ̈ collegato al sensore 14 di temperatura (in particolare à ̈ collegato al lettore 16 del sensore 14 di temperatura) ed à ̈ supportato dal parastrappi 8 del disco 6 della frizione 1 (quindi ruota assieme al disco 6) ed un ricevitore 20 che à ̈ disposto in posizione fissa in prossimità della circonferenza di rivoluzione del trasmettitore 19 ed à ̈ atto a ricevere dal trasmettitore 19 la misura della temperatura del disco 6 della frizione 1 effettuata dal sensore 14 di temperatura. Preferibilmente, il ricevitore 20 della unità 18 di comunicazione à ̈ fissato ad una parete della campana 12 di contenimento; il ricevitore 20 della unità 18 di comunicazione potrebbe avere una antenna che penetra all’interno della campana 12 di contenimento mediante un foro passante per evitare l’effetto di schermo elettromagnetico costituito dalla campana 12 di contenimento stessa (quindi il trasmettitore 19 può utilizzare una potenza di trasmissione contenuta).

Infine, il sistema 13 di misura comprende un generatore 21 elettrico, il quale comprende una pluralità di elementi 22 generatori, ciascuno dei quali ruota assieme al disco 6 e sfrutta il movimento di rotazione del disco 6 per generare energia elettrica che viene alimentata al sensore 14 di temperatura ed al trasmettitore 19 della unità 18 di comunicazione. Inoltre, il generatore 21 elettrico comprende un circuito 23 elettronico che tratta (generalmente raddrizza, filtra e regola) l’energia elettrica che viene generata ed à ̈ provvisto di un dispositivo di accumulo di energia elettrica (generalmente un condensatore); il circuito 23 elettronico à ̈ collegato mediante un cablaggio 24 elettrico agli elementi 22 generatori ed à ̈ collegato mediante un cablaggio 25 elettrico al sensore 14 di temperatura ed al trasmettitore 19 della unità 18 di comunicazione.

Secondo le forme di attuazione illustrate nelle figure 2 e 3, ciascun elemento 22 generatore à ̈ accoppiato al parastrappi 8 in modo da sfruttare le vibrazioni torsionali relative tra i due elementi 9, e 10 di trasmissione per generare energia elettrica.

Secondo la forma di attuazione illustrata nella figura 2, ciascun elemento 22 generatore à ̈ un corpo piezoelettrico presentante una estremità solidale ad un elemento 9 di trasmissione ed una altra estremità opposta solidale all’altro elemento 10 di trasmissione. In particolare, ciascun corpo piezoelettrico presenta un movimento assiale, genera energia elettrica a seguito di cicli alterni di compressione ed estensione, ed à ̈ montato in modo tale che le vibrazioni torsionali relative tra i due elementi 9 e 10 di trasmissione determinino una ciclica compressione/espansione del corpo piezoelettrico stesso. In alternativa, ciascun corpo piezoelettrico presenta un movimento flessionale, genera energia elettrica a seguito di cicli alterni di flessione, ed à ̈ montato in modo tale che le vibrazioni torsionali relative tra i due elementi 9 e 10 di trasmissione determinino una ciclica flessione del corpo piezoelettrico stesso.

Secondo la forma di attuazione illustrata nella figura 3, ciascun elemento 22 generatore à ̈ basato sul principio dell’induzione elettromagnetica e comprende una bobina 26 solidale ad un elemento 9 di trasmissione ed un magnete 27 permanente che genera un campo magnetico che si concatena con la bobina 26 ed à ̈ solidale all’altro elemento 10 di trasmissione; tipicamente, il magnete 27 permanente à ̈ disposto all’interno della bobina 26 e presenta un movimento assiale rispetto alla bobina 26 stessa.

Nelle forme di attuazione illustrate nelle figure 2 e 3, ciascun elemento 22 generatore à ̈ disposto in posizione tangenziale e trasversale all’asse 2 di rotazione della frizione 1. Inoltre, nelle forme di attuazione illustrate nelle figure 2 e 3 ciascun elemento 22 generatore à ̈ disposto all’interno di un corrispondente corpo 11 elastico; tale disposizione à ̈ particolarmente vantaggiosa in quanto ciascun elemento 22 generatore sfrutta uno spazio disponibile e non utilizzato in quanto le molle elicoidali che costituiscono i corpi 11 elastici sono normalmente vuote internamente. Secondo una diversa forma di attuazione non illustrata, ciascun elemento 22 generatore del generatore 21 elettrico à ̈ disposto in posizione assiale e parallela ad un asse 2 di rotazione della frizione 1.

Secondo la diversa forma di attuazione illustrata nella figura 4, ciascun elemento 22 generatore à ̈ costituito da una bobina; inoltre, il generatore 21 elettrico comprende almeno un magnete 28 permanente che à ̈ disposto in posizione fissa di fronte al parastrappi 8 e genera un campo magnetico che si concatena ciclicamente con la bobina di ciascun elemento 22 generatore ad ogni rotazione del disco 6. E’ importante sottolineare che il magnete 28 si concatena ciclicamente con la bobina di ciascun elemento 22 generatore quando la rotazione del disco 6 porta l’elemento 22 generatore di fronte al magnete 28. Preferibilmente, la bobina di ciascun elemento 22 generatore à ̈ provvista di un nucleo ferromagnetico centrale per aumentare l’intensità del campo magnetico che si concatena con la bobina stessa.

Secondo diverse varianti, à ̈ possibile accoppiare al disco 6 più di un sensore 14 di temperatura oppure à ̈ possibile accoppiare un sensore 14 di temperatura anche al disco 5. Quando vengono accoppiati più sensori 14 di temperatura al disco 6, tali sensori 14 di temperatura potrebbero avere un lettore 16 comune che legge il segnale fornito da più elemento 15 sensibili disposti in posizioni diverse del disco 6.

Il sistema 13 di misura sopra descritto presenta numerosi vantaggi, in quanto à ̈ di semplice ed economica realizzazione, presenta un ingombro complessivo contenuto e soprattutto à ̈ in grado di offrire una lettura precisa ed in tempo reale della temperatura del disco 6. Tale risultato viene ottenuto grazie al fatto che il generatore 21 elettrico permette di fornire una adeguata alimentazione elettrica al sensore 14 di temperatura e al trasmettitore 19 della unità 18 di comunicazione senza la necessità di prevedere contatti striscianti tra la parte fissa e la parte rotante della frizione 1.

Claims (10)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Sistema (13) di misura per misurare la temperatura di almeno un disco (6) di una frizione (1); il sistema (13) di misura comprende almeno un sensore (14) di temperatura, il quale à ̈ angolarmente solidale al disco (6) ed à ̈ atto a misurare la temperatura del disco (6) stesso; il sistema (13) di misura à ̈ caratterizzato dal fatto di comprendere: una unità (18) di comunicazione senza fili presentante un trasmettitore (19) che à ̈ collegato al sensore (14) di temperatura e ruota assieme al disco (6) ed un ricevitore (20) che à ̈ disposto in posizione fissa in prossimità della circonferenza di rivoluzione del trasmettitore (19) ed à ̈ atto a ricevere dal trasmettitore (19) la misura della temperatura del disco (6) effettuata dal sensore (14) di temperatura; ed un generatore (21) elettrico, il quale comprende almeno un elemento (22) generatore che ruota assieme al disco (6) e sfrutta il movimento di rotazione del disco (6) per generare energia elettrica che viene alimentata al sensore (14) di temperatura ed al trasmettitore (19) della unità (18) di comunicazione.
2. 2) Sistema (13) di misura secondo la rivendicazione 1, in cui la frizione (1) comprende un parastrappi (8) o giunto elastico di torsione provvisto di almeno due elementi (9, 10) di trasmissione che possono ruotare uno rispetto all’altro e di almeno un corpo (11) elastico collegante i due elementi (9, 10) di trasmissione; l’elemento (22) generatore à ̈ accoppiato al parastrappi (8) in modo da sfruttare le vibrazioni torsionali relative tra i due elementi (9, 10) di trasmissione per generare energia elettrica.
3. 3) Sistema (13) di misura secondo la rivendicazione 2, in cui l’elemento (22) generatore à ̈ un corpo piezoelettrico presentante una estremità solidale ad un elemento (9) di trasmissione ed una altra estremità opposta solidale all’altro elemento (10) di trasmissione.
4. 4) Sistema (13) di misura secondo la rivendicazione 3, in cui il corpo piezoelettrico presenta un movimento assiale, genera energia elettrica a seguito di cicli alterni di compressione ed estensione, ed à ̈ montato in modo tale che le vibrazioni torsionali relative tra i due elementi (9, 10) di trasmissione determinino una ciclica compressione/espansione del corpo piezoelettrico stesso.
5. 5) Sistema (13) di misura secondo la rivendicazione 3, in cui il corpo piezoelettrico presenta un movimento flessionale, genera energia elettrica a seguito di cicli alterni di flessione, ed à ̈ montato in modo tale che le vibrazioni torsionali relative tra i due elementi (9, 10) di trasmissione determinino una ciclica flessione del corpo piezoelettrico stesso.
6. 6) Sistema (13) di misura secondo la rivendicazione 2, in cui l’elemento (22) generatore à ̈ basato sul principio dell’induzione elettromagnetica e comprende almeno una bobina (26) solidale ad un elemento (9) di trasmissione ed un magnete (27) permanente che genera un campo magnetico che si concatena con la bobina (26) ed à ̈ solidale all’altro elemento (10) di trasmissione.
7. 7) Sistema (13) di misura secondo una delle rivendicazioni da 2 a 6, in cui il corpo (11) elastico del parastrappi à ̈ costituiti da almeno una molla elicoidale; l’elemento (22) generatore à ̈ disposto all’interno del corpo (11) elastico.
8. 8) Sistema (13) di misura secondo la rivendicazione 1, in cui l’elemento (22) generatore à ̈ costituito da una bobina; il generatore (21) elettrico comprende almeno un magnete permanente che à ̈ disposto in posizione fissa e genera un campo magnetico che si concatena ciclicamente con la bobina ad ogni rotazione del disco (6).
9. 9) Sistema (13) di misura secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui il generatore (21) elettrico comprende un circuito (23) elettronico che tratta l’energia elettrica che viene generata ed à ̈ provvisto di un dispositivo di accumulo di energia elettrica.
10. 10) Sistema (13) di misura secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui la frizione (1) comprende una campana (12) di contenimento all’interno della quale à ̈ disposto il disco (6); il ricevitore (20) della unità (18) di comunicazione à ̈ fissato ad una parete della campana (12) di contenimento.